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Subestación compacta de media tensión: partes, IAC y pruebas

Subestación prefabricada de media a baja tensión según IEC 62271-202: tipos con y sin acceso interior, clase de envolvente, arco interno IAC y pruebas.

Por Shadai García, ingeniero electricista, fundador y CEO de Tiza Group.

envolvente prefabricadacables MT de anillotablero BTRTUcorte de la envolventeRMUsale aire calienteentra aireafueraadentroarco interno: los gasessalen lejos del operadory del público (clase IAC)IEC 61850XSWICSWIPTOCXCBR© tizagrp.comenvolvente prefabricadacables MT de anillotablero BTRTUcorte de la envolventeRMUsale aire calienteentra aireafueraadentroarco interno: los gasessalen lejos del operadory del público (clase IAC)IEC 61850XSWICSWIPTOCXCBR© tizagrp.com
Subestación compacta de media tensión: RMU, transformador y tablero en una envolvente. Ubicación en el sistema, principio de funcionamiento e IEC 61850. Ilustrativo: los valores reales salen de la placa y del manual del fabricante.
Respuesta corta

Una subestación compacta (prefabricada) reúne en una envolvente ensayada la aparamenta de media tensión, el transformador, el tablero de baja tensión y sus conexiones. IEC 62271-202 la cubre hasta 52 kV del lado de media tensión y exige ensayos de tipo, entre ellos el de arco interno, porque se instala en lugares con acceso del público.

Qué es y dónde está

Una subestación compacta, también llamada prefabricada, centro de transformación compacto o kiosk, es el punto donde la red de media tensión se convierte en baja tensión para un edificio, un barrio, una planta industrial o un parque solar. IEC 62271-202 la define como un conjunto ensayado que contiene, en una envolvente, transformadores, aparamenta de media y baja tensión, conexiones y equipos auxiliares. Cubre subestaciones conectadas por cable, con tensión asignada de más de 1 kV y hasta 52 kV del lado de media tensión, para exterior y en lugares con acceso del público. La edición de 2022 cambió el título a «subestaciones prefabricadas de corriente alterna» y amplió el alcance a las que solo contienen aparamenta de media tensión.

En el diagrama unifilar, la llegada de cable de media tensión entra a la celda de maniobra; de ahí sale hacia el transformador de distribución, y el secundario alimenta el tablero de baja tensión, que reparte a los usuarios.

Partes principales

  • Envolvente: de concreto, metal o materiales compuestos, con ventilación y, si aplica, foso para el aceite del transformador.
  • Aparamenta de media tensión: normalmente una unidad compacta en anillo (RMU) con interruptores-seccionadores para las llegadas y salidas del anillo y, para el transformador, un combinado interruptor-fusible o un interruptor con relé.
  • Transformador de aceite o seco.
  • Conexiones de media tensión (cables o barras) y de baja tensión.
  • Tablero de baja tensión con su interruptor general y salidas; vea tablero de baja tensión y CCM.
  • Auxiliares: alumbrado, medida, a veces un transformador de corriente (CT) para medición y equipos de telecontrol.

Cómo funciona

El conjunto se diseña y ensaya como una unidad, porque la envolvente cambia el comportamiento de cada componente:

  • Térmico: el transformador disipa sus pérdidas dentro de un espacio cerrado; el aire interior se calienta y el transformador trabaja más caliente que al aire libre. La clase de envolvente expresa ese sobrecalentamiento según el ensayo de tipo, y con ella se calcula el factor de carga admisible; IEC 62271-202 lo trata para transformadores de aceite y secos.
  • Arco interno: si se produce un arco en la celda o en las conexiones, los gases calientes y la presión deben salir por donde no haya personas. El ensayo de arco interno verifica la clasificación IAC, con accesibilidad A (personal autorizado), B (público) o AB.
  • Dieléctrico y cortocircuito: las conexiones y la envolvente se ensayan para las corrientes de corta duración y de cresta y para los niveles de aislamiento asignados.

La secuencia de maniobra la imponen los enclavamientos de la RMU: no se cierra la cuchilla de puesta a tierra con el interruptor-seccionador cerrado, ni se abre el compartimiento de cables sin la tierra cerrada.

Variantes

  • Con acceso interior (walk-in): el operador entra a un pasillo para maniobrar.
  • Sin acceso interior (non-walk-in): se maniobra desde afuera con las puertas abiertas; es más compacta.
  • Superficial, semienterrada o subterránea: IEC 62271-202 admite las tres.
  • Pad-mounted: el modelo norteamericano, en el que el transformador lleva adosados sus compartimientos de media y baja tensión; se especifica según IEEE C57.12.34.
  • Industria y plantas solares: centros de transformación en contenedor o en estructura (skid), con celdas, transformador y tablero, que se especifican con los mismos criterios.

La subestación compacta es solo de media a baja tensión. En los niveles superiores, el equivalente son las celdas de media tensión en edificio y la subestación GIS.

Características asignadas y placa

IEC 62271-202 define, además de las características comunes de la aparamenta:

  • Tensión asignada y niveles de aislamiento del lado de media tensión.
  • Corriente asignada y calentamiento.
  • Corrientes de corta duración y de cresta admisibles.
  • Potencia asignada de la subestación, que la edición de 2022 define con tres parámetros.
  • Clase de envolvente.
  • Clasificación de arco interno (IAC): accesibilidad, corriente y duración del arco.

La placa del conjunto identifica al fabricante, el tipo y número de serie, la norma y estas características. Cada componente (RMU, transformador, tablero) lleva además su propia placa.

Integración con protección y control

La protección del transformador suele ser por fusibles limitadores de corriente en el combinado interruptor-fusible, coordinados con el transformador; vea fusible de media tensión. En potencias mayores se usa un interruptor con un relé de sobrecorriente 50/51 y 50N/51N, que puede ser autoalimentado desde sus CT. El transformador aporta sus disparos y alarmas de temperatura, y los pararrayos protegen la llegada de cable.

Cuando la subestación se telecontrola, un controlador o RTU reporta la posición de los interruptores-seccionadores, las alarmas y los indicadores de paso de falla. En IEC 61850, los interruptores-seccionadores se modelan como XSWI, el interruptor como XCBR y el mando como CSWI.

Pruebas de puesta en servicio y mantenimiento

  • Inspección: montaje, ventilación, foso, puesta a tierra y enclavamientos.
  • RMU: resistencia de contactos, maniobras, enclavamientos y presión del gas; vea pruebas de una RMU.
  • Cables: prueba VLF o de tensión aplicada y descargas parciales.
  • Transformador: relación, resistencia de devanados, aislamiento y, en aceite, rigidez dieléctrica.
  • Protección: fusibles del calibre correcto, o inyección del relé y disparo real del interruptor.
  • Tablero de baja tensión: aislamiento, unidades de disparo y secuencia de fases.
  • Mantenimiento: termografía, limpieza, revisión de ventilación y de humedad, y descargas parciales.

Fallas comunes y qué revisar primero

  • Terminaciones de cable de media tensión mal ejecutadas.
  • Condensación por ventilación deficiente, con descargas superficiales.
  • Transformador sobrecargado por no considerar la clase de envolvente.
  • Fusibles de calibre o tipo incorrecto, o un fusible fundido cuyo percutor no abrió el interruptor-seccionador, que deja el transformador en dos fases.
  • Enclavamientos dañados o puenteados.
  • Conexiones de baja tensión flojas.

Ante un disparo, revise primero los fusibles o el registro del relé y el estado de las terminaciones de cable.

Pruebas y puesta en servicio con Tiza Group

Si su subestación compacta tiene relé de protección, en Tiza Group revisamos sus ajustes y eventos con configuración remota. Y para el conjunto completo hacemos las pruebas y la puesta en servicio en subestaciones, industria y plantas solares: escríbanos.

Referencias

  • IEC 62271-202:2022, Subestaciones prefabricadas de corriente alterna.
  • IEC 62271-200, Aparamenta bajo envolvente metálica de 1 kV a 52 kV.
  • IEC 62271-103 e IEC 62271-105, Interruptores-seccionadores y combinados interruptor-fusible.
  • IEC 60076-1 e IEC 60076-11, Transformadores de potencia y transformadores secos.
  • IEC 61439-2, Conjuntos de aparamenta de baja tensión de potencia.
  • IEEE C57.12.34, Transformadores trifásicos de distribución tipo pad-mounted.

Preguntas frecuentes

¿Qué significa la clase de envolvente de una subestación compacta?

Indica cuánto se calienta de más el transformador dentro de la envolvente frente a su funcionamiento al aire libre, según el ensayo de tipo de IEC 62271-202. A mayor clase, más hay que reducir la carga del transformador para no superar sus límites de temperatura.

¿Qué diferencia hay entre una subestación compacta y una pad-mounted?

La compacta de IEC 62271-202 es una envolvente que contiene aparamenta, transformador y tablero como un conjunto ensayado. La pad-mounted, común en Norteamérica, es un transformador de distribución con compartimientos de media y baja tensión adosados a su tanque, especificado según IEEE C57.12.34.

¿Qué indica una clasificación IAC AB en una subestación compacta?

Que el ensayo de arco interno demostró protección para el operador, personal autorizado (A), y para el público en general (B), en los lados ensayados, con la corriente y la duración de arco que se indican junto a la clasificación.

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